红松人工林地表可燃物燃烧释放颗粒物研究

森林燃烧产生的大量烟雾被排放到大气之中,严重影响生态环境安全和人民生命安全。PM2.5颗粒物是森林火灾的主要产物之一,研究 PM2.5 排放的空间分布、影响因子及其与林火行为之间的关系,对我国未来制定 PM2.5 职业暴露标准、森林火灾烟雾管理以及林火管理具有重要意义。本研究在帽儿山地区选取东北典型针叶树种红松人工林为研究对象,以林内地表可燃物为实验材料。构造不同含水率和载量的可燃物床层,利用风洞装置,在不同风速下进行 144 次燃烧实验,收集不同空间点位的PM2.5 颗粒物并计算其浓度。同时,建立最高PM2.5浓度点位PM2.5浓度与林火行为特征之间的关系,基于随机森林算法,确定对PM2.5浓度影响最显著的林火行为特征,建立基于显著易估测火行为特征的PM2.5浓度预测模型。结果表明:(1)在实验室布设空间点位范围内,从水平方向和垂直方向各点收集PM2.5浓度来看,整体趋势PM2.5浓度沿水平顺风方向和垂直向上方向增加,浓度最高的点位为C点;(2)在实验设计范围内,燃烧释放PM2.5浓度与风速正相关;燃烧释放 PM2.5 浓度与可燃物含水率单变量条件下正相关,但极易受到风速和载量综合作用的影响;燃烧释放 PM2.5 浓度与可燃物载量正相关;(3)基于随机森林算法重要性排序,研究发现火线强度和火焰深度与PM2.5浓度的关系最为密切。以火焰深度为自变量,建立的两个回归模型对PM2.5浓度和火线强度进行预测,模型预测PM2.5的精度较高,R2=0.92;预测火线强度的精度较高,R2=0.97.本研究提出一种基于林火行为的地表可燃物燃烧烟雾排放估算方法,对我国扑火人员 PM2.5 职业暴露提供初步设想,可为林火烟雾排放提供重要的基础数据和理论支撑。对保障扑火人员的生命安全、降低森林火灾扑救伤亡、提高森林火灾扑救效率具有指导意义。